JPH08102326A

JPH08102326A - 燃料電池発電装置

Info

Publication number: JPH08102326A
Application number: JP6236850A
Authority: JP
Inventors: Isanori Akagi; 功典赤木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】排燃料ガスと排酸素含有ガスとを燃焼させる
ことにより発生した燃焼熱を、改質室の加熱に効果的に
利用して、熱回収率を向上させる。【構成】改質室２０から供給される燃料ガスと、酸素
含有ガス供給口６２から供給される酸素含有ガスとの電
気化学反応により発電する燃料電池のセルを収容する発
電室３０と、原燃料ガス供給口４２から供給される原燃
料ガスと、発電室３０から排出される排燃料ガスとを混
合して未改質混合ガスを生成する混合室４０と、発電室
３０から排出される排燃料ガスと排酸素含有ガスとを燃
焼させる燃焼室５０とが設けられ、改質室２０が、混合
室４０にて生成された未改質混合ガスを改質処理して、
発電室３０に供給するように構成された燃料電池発電装
置において、改質室２０が、燃焼室５０に隣接して設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、改質室から供給される
燃料ガスと、酸素含有ガス供給口から供給される酸素含
有ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池のセル
を収容する発電室と、原燃料ガス供給口から供給される
原燃料ガスと、前記発電室から排出される排燃料ガスと
を混合して未改質混合ガスを生成する混合室と、前記発
電室から排出される排燃料ガスと排酸素含有ガスとを燃
焼させる燃焼室とが設けられ、前記改質室が、前記混合
室にて生成された未改質混合ガスを改質処理して、前記
発電室に供給するように構成された燃料電池発電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池発電装置は、混合室にお
いて、原燃料ガス供給口から供給される原燃料ガスと、
発電室から排出される水蒸気を含有した排燃料ガスとを
混合して未改質混合ガスを生成し、改質室において、未
改質混合ガス中の原燃料ガスと水蒸気とを改質反応させ
て、水素ガスを含有した燃料ガスを生成するものであ
る。従来の燃料電池発電装置では、改質室と燃焼室と
を、発電室に対して互いに反対側に位置するように、互
いに離れた状態で設けていた（例えば、特開平４−３３
２４７６号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、改質室にお
ける改質反応は吸熱反応であるため、燃焼室において排
燃料ガスと排酸素含有ガスとを燃焼させることにより発
生した燃焼熱を利用して、改質室を加熱するように構成
することにより、燃料電池発電装置における熱回収率を
向上させることができる。しかしながら、従来では、改
質室と燃焼室とを互いに離れた状態で設けていたため、
改質室の外周からの伝導熱及び輻射熱を改質室の加熱に
効果的に利用することができず、改善の余地があった。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、排燃料ガスと排酸素含有ガスと
を燃焼させることにより発生した燃焼熱を、改質室の加
熱に効果的に利用して、熱回収率を向上させることにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池発
電装置の第１の特徴構成は、前記改質室が、前記燃焼室
に隣接して設けられている点にある。

【０００６】第２の特徴構成は、前記酸素含有ガス供給
口から供給される酸素含有ガスを、前記発電室に供給さ
れる手前において、前記発電室から排出される排酸素含
有ガスとの熱交換により予熱する酸素含有ガス予熱室が
設けられ、その酸素含有ガス予熱室が、前記燃焼室に隣
接して設けられている点にある。

【０００７】第３の特徴構成は、前記改質室、前記燃焼
室及び前記酸素含有ガス予熱室が、ガス処理ユニットと
して一体化され、前記発電室と前記ガス処理ユニットと
が、前記発電室からの排燃料ガスを前記燃焼室に導入す
る排燃料ガス管、前記発電室からの排酸素含有ガスを前
記燃焼室に導入する排酸素含有ガス管、前記改質室から
の燃料ガスを前記発電室に送出する燃料ガス管、及び、
前記酸素含有ガス予熱室から予熱酸素含有ガスを前記発
電室に送出する予熱酸素含有ガス管にて接続されている
点にある。

【０００８】第４の特徴構成は、前記ガス処理ユニット
が、前記発電室の下方に配置されている点にある。

【０００９】第５の特徴構成は、前記燃焼室及び前記改
質室夫々における互いに隣接する壁体が、互いに共有す
る共有壁体にて構成され、前記燃焼室と前記酸素含有ガ
ス予熱室夫々における互いに隣接する壁体が、互いに共
有する共有壁体にて構成されている点にある。

【００１０】第６の特徴構成は、前記混合室が、前記改
質室に隣接して設けられ、前記原燃料ガス供給口が、前
記混合室における、前記燃焼室から離れた位置に設けら
れている点にある。

【００１１】第７の特徴構成は、前記改質室は、改質触
媒が充填され且つ未改質混合ガスが通流する管状体の複
数が、前記燃焼室からの排燃料ガスと排酸素含有ガスと
の燃焼ガスが通流する箱状体に、その燃焼ガスと接触す
る状態で設けられて構成されている点にある。

【００１２】

【作用】第１の特徴構成によれば、改質室が燃焼室に隣
接しているので、燃焼室の外周からの熱伝導及び熱輻射
によって、改質室を効果的に加熱することができる。ち
なみに、燃焼室において排燃料ガスと排酸素含有ガスと
を燃焼させることにより発生した燃焼熱を利用して、改
質室を加熱する場合、燃焼室の外周からの熱伝導及び熱
輻射による加熱に加えて、燃焼室において排燃料ガスと
排酸素含有ガスとを燃焼させることにより発生した燃焼
ガスを改質室に直接接触させて加熱する（以下、燃焼ガ
スによる直接加熱と略記する場合がある）場合も想定さ
れる。燃焼ガスによる直接加熱の場合、従来では、燃焼
ガスを燃焼室から改質室まで導くための管路が長くなる
ため、その管路から大気への放熱ロスが大きくなるが、
本第１の特徴構成によれば、前記管路が短くなるので、
前記管路からの放熱ロスを抑制することができる。

【００１３】第２の特徴構成によれば、酸素含有ガス予
熱室が燃焼室に隣接しているので、燃焼室の外周からの
熱伝導及び熱輻射によって、酸素含有ガス予熱室を効果
的に加熱することができる。

【００１４】第３の特徴構成による作用は、以下の通り
である。加熱する必要がある改質室及び酸素含有ガス予
熱室を加熱源となる燃焼室と一体化することにより、燃
焼室、改質室及び酸素含有ガス予熱室夫々の外周からの
大気への放熱ロスを抑制し、又、燃焼ガスによる直接加
熱においても、燃焼ガスを燃焼室から改質室まで導くた
めの管路からの大気への放熱ロスを抑制している。セル
において安定して電気化学反応を起こさせて、セルから
の出力を安定化するために、発電室は、室内の温度を所
定の温度範囲に管理する必要がある。そこで、発電室
は、改質室、燃焼室及び酸素含有ガス予熱室を一体化し
たガス処理ユニットとは別体として、発電室とガス処理
ユニットとを配管接続することにより、ガス処理ユニッ
トからの放熱（熱伝導及び熱輻射の両方を含む）によ
り、発電室の室内温度が影響を受けるのを抑制してい
る。

【００１５】第４の特徴構成によれば、ガス処理ユニッ
トの外周から大気に放熱されるのを、ガス処理ユニット
の上方に位置する発電室により遮蔽して、ガス処理ユニ
ットの外周からの大気への放熱ロスを抑制している。

【００１６】第５の特徴構成による作用は、以下の通り
である。燃焼室及び改質室を隣接させる場合、及び、燃
焼室と酸素含有ガス予熱室を隣接させる場合、夫々の壁
体同士を隣接させることが想定されるが、この場合、隣
接する壁体同士のあいだに間隙が形成され、その間隙に
より、燃焼室の外周から改質室及び酸素含有ガス予熱室
への熱伝導が抑制される。本第５の特徴構成によれば、
夫々の壁体同士を隣接させる場合における壁体同士のあ
いだの間隙が無くなるとともに、燃焼室及び改質室の隣
接部分の壁体、及び、燃焼室と酸素含有ガス予熱室の隣
接部分の壁体が夫々共有壁体１枚だけとなるので、燃焼
室の外周から改質室及び酸素含有ガス予熱室への熱伝導
が向上する。又、燃焼室内の燃焼ガスが共有壁体、つま
り、改質室の壁体に直接接触するので、燃焼ガスを燃焼
室から改質室まで導くための管路を設けることなく、燃
焼ガスによる直接加熱を実行することができる。

【００１７】第６の特徴構成による作用は、以下の通り
である。混合室を、改質室に隣接して設けるので、混合
室で生成された未改質混合ガスを改質室に供給するため
の管路を短くすることができる。しかも、原燃料ガス供
給口を、混合室における、燃焼室から離れた位置に設け
ることにより、燃焼室からの放熱による原燃料ガス供給
口の加熱を抑制して、原燃料ガスが水蒸気が存在しない
状態で高温に加熱されることに起因する炭素の析出を防
止している。

【００１８】第７の特徴構成による作用は、以下の通り
である。燃焼ガスによる直接加熱により改質室を加熱す
る場合、例えば、改質室の外周部に燃焼ガスを接触させ
る構成が想定されるが、このような構成に比べて、本第
７の特徴構成によれば、燃焼ガスと改質室との接触面積
を広くすることができる。

【００１９】

【発明の効果】第１の特徴構成によれば、改質室の外周
からの熱伝導及び熱輻射により改質室を効果的に加熱す
ることができ、又、改質室を燃焼ガスによる直接加熱に
より加熱する場合においては、燃焼ガスを燃焼室から改
質室まで導くための管路からの放熱ロスを従来に比べて
抑制することができるので、排燃料ガスと排酸素含有ガ
スとを燃焼させることにより発生した燃焼熱を、改質室
の加熱に効果的に利用して、熱回収率を向上させること
ができるようになった。

【００２０】第２の特徴構成によれば、排燃料ガスと排
酸素含有ガスとを燃焼させることにより発生した燃焼熱
を、酸素含有ガス予熱室の加熱にも効果的に利用するこ
とができるので、第１の特徴構成によるよりも、更に、
熱回収率を向上させることができるようになった。

【００２１】第３の特徴構成によれば、排燃料ガスと排
酸素含有ガスとを燃焼させることにより発生した燃焼熱
の大気への放熱ロスを抑制することができるので、上記
第２の特徴構成によるよりも、更に、熱回収率を向上さ
せることができるようになった。又、発電室の室内温度
を安定化することができるので、セルにおける電気化学
反応を安定化して出力を安定化することができるように
なった。

【００２２】第４の特徴構成によれば、上記第３の特徴
構成によるよりも、更に、ガス処理ユニットの外周から
の大気への放熱ロスを抑制することができるので、更
に、熱回収率を向上させることができるようになった。

【００２３】第５の特徴構成によれば、燃焼室の外周か
ら改質室及び酸素含有ガス予熱室への熱伝導が向上する
ので、上記第２、第３及び第４の特徴構成によるより
も、更に、熱回収率を向上させることができるようにな
った。

【００２４】第６の特徴構成によれば、上記第１、第
２、第３、第４及び第５の特徴構成による効果に加え
て、未改質混合ガスを混合室から改質室に供給するため
の管路を短くして、構成を簡略化しながら、水蒸気が含
有されない状態で原燃料ガスが高温に加熱されることに
起因する炭素の析出を防止することができるようになっ
た。

【００２５】第７の特徴構成によれば、燃焼ガスと改質
室との接触面積を広くすることができるので、上記第
１、第２、第３、第４、第５及び第６の特徴構成による
よりも、更に、熱回収率を向上させることができるよう
になった。

【００２６】

【実施例】〔第１実施例〕以下、図面に基づいて、本発明の第１実
施例を説明する。先ず、図１に基づいて、燃料電池発電
装置の概略構成について説明する。燃料電池発電装置
は、炭化水素系のガスを含有した原燃料ガスを改質処理
して水素ガスを含有する燃料ガスを生成する改質室２０
と、改質室２０から供給される燃料ガスと酸素含有ガス
供給口６２から供給される酸素含有ガスとの電気化学反
応により発電する燃料電池のセルＣを収容する発電室３
０と、原燃料ガス供給口４２から供給される原燃料ガス
と発電室３０から排出される排燃料ガスとを混合して未
改質混合ガスを生成する混合室４０と、発電室３０から
排出される排燃料ガスと排酸素含有ガスとを燃焼させる
燃焼室５０と、酸素含有ガス供給口６２から供給される
酸素含有ガスを発電室３０に供給される手前において、
発電室３０から排出される排酸素含有ガスとの熱交換に
より予熱する酸素含有ガス予熱室６０を主な構成要素と
して構成し、改質室２０を、混合室４０にて生成された
未改質混合ガスを改質処理して燃料ガスを生成するよう
に構成してある。そして、改質室２０及び酸素含有ガス
予熱室６０夫々を、燃焼室５０に隣接して設けて、燃焼
室５０において排燃料ガスと排酸素含有ガスとを燃焼さ
せることにより発生した燃焼熱を利用して、改質室２０
及び酸素含有ガス予熱室６０を効果的に加熱するように
構成してある。以下、各構成要素について説明する。

【００２７】先ず、図２ないし図４に基づいて、発電室
３０について説明する。図１にも示すように、直方体形
状の箱状体Ｋ１を隔壁体Ｗ１で横方向に二つに区画し、
一方を発電室ケーシング３１、他方を混合室ケーシング
４１として使用する。発電室３０は、発電室ケーシング
３１の内部に、燃料電池のセルＣの複数を積層状態に並
置したセル集積体ＮＣの複数を設けて構成してある。セ
ルＣは、図２に示すように、矩形板状形状であり、一方
の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備えた
固体電解質層１と、酸素極２に臨む側に、セル内流路ｘ
を形成すべく配置される導電性セパレータ４とから構成
してあり、そのセルＣの複数を、セル間流路ｙを形成す
べく互いに間隔を隔てて積層状態に並置してセル集積体
ＮＣを形成してある。

【００２８】図２に基づいて、セルＣについて説明を加
える。固体電解質層１は矩形板状に形成してあり、その
固体電解質層１の一方の面に、固体電解質層１における
向かい合う一対の側縁夫々に側縁全長にわたる電解質層
露出部を形成する状態で、膜状又は板状の酸素極２を一
体的に貼り付け、且つ、他方の面に膜状又は板状の燃料
極３を、全面又はほぼ全面にわたって一体的に貼り付け
て、酸素極２と燃料極３とから起電力を得るための矩形
板状の三層板状体を形成してある。固体電解質層１は、
３モル％程度のＹｔを固溶させた正方晶のＺｒＯ₂、そ
の他適当なものから成り、酸素極２はＬａＭｎＯ₃、そ
の他適当なものから成り、、又、燃料極３はＮｉとＺｒ
Ｏ₂のサーメット、その他適当なものから成る。

【００２９】導電性セパレータ４は、導電性材料にて矩
形板状に形成してあり、その一方の面に複数の帯状突起
部を並設してある。その導電性セパレータ４を、両端以
外の帯状突起部夫々が酸素極２と接触する状態で、両端
の帯状突起部夫々を前記電解質層露出部に貼り付けるこ
とにより、セルＣを構成してある。そして、酸素極２と
導電性セパレータ４とを導電状態に接続するとともに、
酸素極２と導電性セパレータ４との間に、セルＣにおけ
る一方の向かい合う一対の端面において開いた溝状のセ
ル内流路ｘを複数個形成してある。従って、セル内流路
ｘは、セルＣにおける他方の向かい合う一対の端面にお
いて閉じている。このセル内流路ｘは、酸素極２に臨む
ものであり、酸素含有ガスを通流させる酸素含有ガス流
路ｓとして機能する。尚、以下の説明においては、セル
Ｃにおいて、酸素含有ガス流路ｓが開いた端縁を開口端
縁、酸素含有ガス流路ｓが開いた端面を開口端面、及
び、酸素含有ガス流路ｓが閉じた端面を閉塞端面と夫々
略記する。

【００３０】導電性セパレータ４、固体電解質層１及び
燃料極３夫々の４箇所の角部は、切り落とした形状の傾
斜状にしてあり、これによって、詳しくは後述するが、
セルＣの閉塞端面の両端部夫々に、傾斜部Ｃｓを形成し
てある。

【００３１】導電性セパレータ４は、酸化と還元とに対
する耐性に優れたＬａＣｒＯ₃、その他適当なものから
成る。

【００３２】次に、図２に基づいて、複数個のセルＣを
積層状態に並置し、且つ、隣接セル間にセル間流路ｙを
備えたセル集積体ＮＣを形成するための積層構造につい
て、説明を加える。図中の５は、矩形板状のセル保持部
材であり、このセル保持部材５には、セルＣの開口端縁
を載置する切り込み部５ａと、その切り込み部５ａに臨
み、且つ、セルＣの積層方向に貫通する孔５ｂを形成し
てある。切り込み部５ａには、載置するセルＣの開口端
縁の両端夫々に隣接する閉塞端面に夫々密着させる一対
の当て付け面５ｃを形成してあり、又、切り込み部５ａ
は、セルＣの厚さとほぼ同一深さに形成してある。更
に、一対の当て付け面５ｃを、セルＣの積層方向視にお
いて、切り込み部５ａの端部から内方に向かうほど互い
に近接する傾斜状に形成してある。上述のように、セル
Ｃの閉塞端面の両端夫々には、傾斜状の当て付け面５ｃ
に密着させることが可能な傾斜部Ｃｓを形成してある。

【００３３】そして、セルＣの両側の開口端縁夫々を両
側のセル保持部材５夫々の切り込み部５ａに載置した状
態のものを積み重ねてある。つまり、切り込み部５ａを
形成することにより残されたセル保持部材５の厚みが薄
い薄肉部分５ｄにより、セルＣの積層方向に隣接するセ
ルＣを間隔を隔てた状態で保持し、その薄肉部分５ｄに
より、隣接セル間の両側面を仕切ることにより、隣接セ
ル間にセル間流路ｙを形成してある。セル間流路ｙは、
セルＣの両方の開口端面側において閉じ、セルＣの両方
の閉塞端面側において開いている。又、セル間流路ｙ
は、燃料極３に臨むものであり、水素ガスを含有する燃
料ガスを通流させる燃料ガス流路ｆとして機能する。
尚、セルＣの開口端縁をセル保持部材５の切り込み部５
ａに載置する際には、セル保持部材５をセルＣの開口端
縁に対して押し付けることにより、セルＣの両側の閉塞
端面の傾斜部Ｃｓ夫々に、当て付け面５ｃを夫々密着さ
せる。

【００３４】セルＣにおける酸素含有ガス流路ｓが開い
た開口端部の周部に、そのセルＣを載置しているセル保
持部材５の薄肉部分５ｄ及び一対の当て付け面５ｃ、並
びに、隣接するセル保持部材５の裏面を密着させること
により、酸素含有ガス流路ｓと燃料ガス流路ｆとを気密
状態に区画する。その場合、セルＣの開口端部の周部
と、セルＣを載置しているセル保持部材５の薄肉部分５
ｄ及び一対の当て付け面５ｃ、並びに、隣接するセル保
持部材５の裏面との間には、図２中において、破線にて
示すように、耐熱性及び電気絶縁性を有するシール材６
を充填して気密性を確保している。

【００３５】上述のように、セルＣの両側の開口端縁夫
々を両側のセル保持部材５夫々の切り込み部５ａに載置
した状態のものを積み重ねることにより、セル保持部材
５夫々の孔５ｂがセルＣの積層方向に一連に連なった通
路が二つ形成され、一方の通路を酸素含有ガス流路ｓ夫
々に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス通路Ｘ１とし
て使用し、他方の通路を酸素含有ガス流路ｓ夫々から排
酸素含有ガスを排出させる排酸素含有ガス通路Ｘ２とし
て使用する。尚、前記積層方向に隣接するセル保持部材
５の間にも、図２中において、破線にて示すように、シ
ール材６を充填して、両方の通路Ｘ１，Ｘ２と外部との
気密性を確保している。

【００３６】隣接セル間、即ち、燃料ガス流路ｆには、
気体の通流を許容する柔軟性導電材７を充填し、隣接セ
ルＣ夫々を導電状態に接続している。柔軟性導電材７
は、耐熱性、耐還元性に優れたＮｉのフェルト状材、そ
の他適当なものから成る。又、セル保持部材５は、耐熱
性に優れ電気絶縁性を備えたセラミック材から成る。

【００３７】セルＣの両側の開口端縁夫々を両側のセル
保持部材５夫々の切り込み部５ａに載置した状態のもの
を積み重ねて形成した積層構造物の積層方向両端部夫々
に、一対の集電板保持部材８を配置してある。集電板保
持部材８には、前記積層方向視における形状がセル保持
部材５の孔５ｂと同じ形状の孔８ａのみを形成してあ
り、セル保持部材５の切り込み部５ａに相当するものは
形成していない。そして、一対の集電板保持部材８の間
に、端子棒９を固着した集電板１０を柔軟性導電材７に
接触させた状態で設けて、両方の端子棒９により、出力
電力を取り出すように構成してある。

【００３８】図３に示すように、積層状態のセル保持部
材５の端面夫々により壁面５Ｓが形成される。そして、
隔壁体１１を、両側の壁面５Ｓ夫々に接続する状態で設
け、隔壁体１１と前記積層構造物の側面（燃料ガス流路
ｆが開いた側面）との間に、燃料ガス流路ｆ夫々に燃料
ガスを供給する燃料ガス通路Ｙ１を形成してある。更
に、前記積層構造物の積層方向両端部夫々に、蓋体１２
を、酸素含有ガス通路Ｘ１、排酸素含有ガス通路Ｘ２及
び燃料ガス通路Ｙ１夫々の開口部を閉塞する状態で設け
てある。上述のようにして、セル集積体ＮＣを構成して
ある。

【００３９】図１及び図４に示すように、上述のように
構成したセル集積体ＮＣの三つを、セルＣの積層方向を
横向きにした状態で、且つ、燃料ガス流路ｆ夫々が開い
た側面を横方向に向けた状態で上下方向に積み重ねて、
発電室ケーシング３１内に設けてある。従って、燃料ガ
ス流路ｆ夫々は発電室ケーシング３１の内部に対して開
いた状態となっていて、発電室ケーシング３１の内部
を、燃料ガス流路ｆ夫々から排燃料ガスを排出させる排
燃料ガス通路Ｙ２として使用するようにしてある。

【００４０】そして、セル集積体ＮＣ夫々の酸素含有ガ
ス通路Ｘ１には、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス
供給用ヘッダー３２を連通接続し、セル集積体ＮＣ夫々
の排酸素含有ガス通路Ｘ２には、排酸素含有ガスを排出
させる排酸素含有ガス排出用ヘッダー３３を連通接続
し、セル集積体ＮＣ夫々の燃料ガス通路Ｙ１には、燃料
ガスを供給する燃料ガス供給用ヘッダー３４を連通接続
してある。つまり、酸素含有ガスを、酸素含有ガス供給
用ヘッダー３２から酸素含有ガス通路Ｘ１を通じてセル
Ｃ夫々の酸素含有ガス流路ｓに供給し、酸素含有ガス流
路ｓ夫々を通流させた後、排酸素含有ガスを排酸素含有
ガス通路Ｘ２を通じて排酸素含有ガス排出用ヘッダー３
３に排出させるようにしてある。又、燃料ガスを、燃料
ガス供給用ヘッダー３４から燃料ガス通路Ｙ１を通じて
セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆに供給し、燃料ガス流路ｆ
夫々を通流させた後、発電室ケーシング３１の内部に排
出させるようにしてある。

【００４１】次に、図１に基づいて、混合室４０につい
て説明を加える。混合室４０は、混合室ケーシング４１
と、混合室ケーシング４１の上部壁体に設けた原燃料ガ
ス供給口４２と、原燃料ガス供給口４２に連通接続した
エジェクタ４３と、一端部をエジェクタ４３に連通接続
し他端部を混合室ケーシング４１の下部壁体に固着した
混合拡散装置４４とから構成してある。隔壁体Ｗ１の下
方には、発電室ケーシング３１内の排燃料ガスを混合室
ケーシング４１内へ導入するための排燃料ガス導入口４
５を形成してある。

【００４２】次に、図１に基づいて、改質室２０、燃焼
室５０及び酸素含有ガス予熱室６０について説明を加え
る。直方体形状の箱状体Ｋ２を２枚の隔壁体Ｗ２，Ｗ３
にて横方向に三つに区画し、三つの区画部分を、一方の
端から順に改質室ケーシング２１、燃焼室ケーシング５
１、予熱室ケーシング６１として夫々使用する。先ず、
改質室２０について説明を加える。改質室２０は、改質
室ケーシング２１と、改質室ケーシング２１の上部壁体
の内側に設けた箱状の供給チャンバ２２と、改質室ケー
シング２１の下部壁体の外側に設けた箱状の排出チャン
バ２３と、両端部夫々を供給チャンバ２２及び排出チャ
ンバ２３に各別に連通接続し且つ内部にＮｉ等から成る
改質触媒を充填した複数の管状体２４とから構成してあ
る。

【００４３】次に、燃焼室５０について説明を加える。
燃焼室５０は、燃焼室ケーシング５１と、一端部を燃焼
室ケーシング５１の上部壁体に固着し他端部を燃焼室ケ
ーシング５１の内部ほぼ中央に位置させた燃焼管５２と
から構成してある。

【００４４】次に、酸素含有ガス予熱室６０について説
明を加える。酸素含有ガス予熱室６０は、予熱室ケーシ
ング６１と、予熱室ケーシング６１の下部壁体に設けた
酸素含有ガス供給口６２と、予熱室ケーシング６１の下
部壁体の内側に設け且つ酸素含有ガス供給口６２に連通
接続した箱状の供給チャンバ６３と、予熱室ケーシング
６１の上部壁体の内側に設けた箱状の排出チャンバ６４
と、両端部夫々を供給チャンバ６３及び排出チャンバ６
４に各別に連通接続した複数の伝熱管６５とから構成し
てある。隔壁体Ｗ２には、燃焼室ケーシング５１内の燃
焼ガスを改質室ケーシング２１内へ導入するための燃焼
ガス導入口２５を形成し、隔壁体Ｗ２に対向する改質室
ケーシング２１の側壁体には、改質室ケーシング２１内
の燃焼ガスを外部に排出するための燃焼ガス排出口２６
を形成してある。又、隔壁体Ｗ３には、予熱室ケーシン
グ６１内の排酸素含有ガスを燃焼室ケーシング５１内へ
導入するための排酸素含有ガス導入口５３を形成してあ
る。

【００４５】つまり、改質室２０及び酸素含有ガス予熱
室６０夫々を、燃焼室５０に隣接して設けてあり、又、
それら改質室２０、燃焼室５０及び酸素含有ガス予熱室
６０を、ガス処理ユニットＵとして一体化してある。
又、燃焼室５０及び改質室２０夫々における互いに隣接
する壁体を、互いに共有する共有壁体としての隔壁体Ｗ
２にて構成し、燃焼室５０と酸素含有ガス予熱室６０夫
々における互いに隣接する壁体を、互いに共有する共有
壁体としての隔壁体Ｗ３にて構成してある。そして、改
質室２０と混合室４０とが上下に隣接する相対位置関係
にて、ガス処理ユニットＵの上部に、箱状体Ｋ１を配置
するとともに、発電室３０とガス処理ユニットＵとを、
以下のように配管接続してある。発電室３０の発電室ケ
ーシング３１と燃焼室５０の燃焼管５２とを、排燃料ガ
ス管１３にて連通接続し、発電室３０の排酸素含有ガス
排出用ヘッダー３３と酸素含有ガス予熱室６０の予熱室
ケーシング６１とを、排酸素含有ガス管１４にて連通接
続し、発電室３０の燃料ガス供給用ヘッダー３４と改質
室２０の排出チャンバ２３とを、燃料ガス管１５にて連
通接続し、発電室３０の酸素含有ガス供給用ヘッダー３
２と酸素含有ガス予熱室６０の排出チャンバ６４とを予
熱酸素含有ガス管１６にて連通接続してある。又、混合
室４０の混合拡散装置４４と改質室２０の供給チャンバ
２２とを未改質混合ガス管１７にて連通接続してある。
又、ガス処理ユニットＵと箱状体Ｋ１とを上述の如き相
対位置関係にて配置することで、原燃料ガス供給口４２
を、混合室４０における、燃焼室６０から離れた位置に
設けてある。改質室ケーシング２１は、燃焼室５０から
の排燃料ガスと排酸素含有ガスとの燃焼ガスが通流する
箱状体に相当する。

【００４６】次に、図１に基づいて、各ガスの流れにつ
いて説明する。尚、図１中において、原燃料ガスの流れ
を二重線、燃料ガスの流れを太実線、排燃料ガスの流れ
を細実線、酸素含有ガスの流れを太破線、排酸素含有ガ
スの流れを細破線、未改質混合ガスの流れを一点鎖線、
排燃料ガスと排酸素含有ガスとの燃焼により生成した燃
焼ガスの流れを二点鎖線にて示して、以下の説明におい
て参考とする。燃料ガスと酸素含有ガスとがセルＣにお
いて電気化学反応し、その電気化学反応に伴って高温と
なるとともに水蒸気を含有した排燃料ガスは、発電室ケ
ーシング３１内に排出されるとともに、発電室ケーシン
グ３１内に排出された排燃料ガスは、排燃料ガス導入口
４５及び排燃料ガス管１３夫々を通じて、混合室４０の
混合室ケーシング４１内及び燃焼室５０の燃焼管５２に
分配供給される。

【００４７】又、前記電気化学反応にともなって高温と
なった排酸素含有ガスは、排酸素含有ガス通路Ｘ２、排
酸素含有ガス排出用ヘッダー３３及び排酸素含有ガス管
１４を順次通じて、酸素含有ガス予熱室６０の予熱室ケ
ーシング６１内に供給され、その排酸素含有ガスは予熱
室ケーシング６１内を通流する過程で、伝熱管６５の外
周面に接触して、酸素含有ガス供給口６２から供給され
て伝熱管６５内を通流する酸素含有ガスと熱交換して保
有熱量を酸素含有ガスに付与した後、排酸素含有ガス導
入口５３を通じて、燃焼室ケーシング５１内に供給され
る。

【００４８】そして、燃焼室ケーシング５１内におい
て、排燃料ガスと排酸素含有ガスとが燃焼し、その燃焼
によって生成した燃焼ガスは、燃焼ガス導入口２５を通
じて改質室ケーシング２１内に供給され、その燃焼ガス
は改質室ケーシング２１内を通流する過程で管状体２４
の外周面に接触して、管状体２４の内部の改質触媒に保
有熱量を付与した後、燃焼ガス排出口２６から外部に排
出される。つまり、排酸素含有ガスを、燃焼室５０にて
燃焼させる前に、酸素含有ガス予熱室６０に供給して、
その保有熱量を酸素含有ガス供給口６２から供給される
酸素含有ガスに付与することにより、排酸素含有ガスの
保有熱量を効率よく回収するように構成してある。

【００４９】原燃料ガスは原燃料ガス供給口４２に供給
される。原燃料ガス供給口４２に供給された原燃料ガス
は、エジェクタ４３により混合拡散装置４４内に噴出さ
れ、その原燃料ガスの噴出に伴うエジェクタ作用によ
り、排燃料ガス導入口４５を通じて発電室ケーシング３
１内から混合室ケーシング４１内へ導入された排燃料ガ
スが、吸入口４３ａを通じて混合拡散装置４４内に吸入
され、それら原燃料ガスと排燃料ガスとは混合拡散装置
４４にて良好に混合されて未改質混合ガスが生成され
る。混合拡散装置４４にて生成された未改質混合ガス
は、未改質混合ガス管１７を通じて改質室２０の供給チ
ャンバ２２に供給され、管状体２４内を通流する。管状
体２４内を通流する未改質混合ガス中の原燃料ガスと水
蒸気とは、改質室ケーシング２１内を通流する燃焼ガス
により加熱された改質触媒の作用で改質反応し、水素ガ
スを含有した燃料ガスとなる。例えば、原燃料ガスとし
ての炭化水素系のガスがメタンガス（ＣＨ₄）の場合、
改質反応は下記の化学式により行われる。ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ₂＋ＣＯ₂ 改質室２０にて生成された燃料ガスは、排出チャンバ２
３、燃料ガス管１５、燃料ガス供給用ヘッダー３４及び
燃料ガス通路Ｙ１を順次通じて、セルＣ夫々の燃料ガス
流路ｆに供給される。尚、改質室２０においては、供給
される原燃料ガスの全部を燃料ガスに改質する必要はな
い。その理由は、セルＣの燃料極３に含有されているＮ
ｉ、及び、柔軟性導電材７としてのＮｉのフェルト状材
が改質触媒として作用するので、セルＣにおいても原燃
料ガスが燃料ガスに改質されるためである。従って、上
述のように改質室２０から発電室３０に供給されるガス
は、原燃料ガス、燃料ガス、排燃料ガス等が混合したも
のであるが、説明を簡略にするために、改質室２０から
発電室３０に供給されるガスを、便宜上、燃料ガスと称
する。

【００５０】酸素含有ガスは、酸素含有ガス予熱室６０
の酸素含有ガス供給口６２に供給される。酸素含有ガス
供給口６２に供給された酸素含有ガスは、供給チャンバ
６３及び伝熱管６５内を通流する。伝熱管６５内を通流
する酸素含有ガスは、予熱室ケーシング６１内を通流す
る排酸素含有ガスとの熱交換により排酸素含有ガスから
熱量を付与されて予熱され、その予熱酸素含有ガスは、
排出チャンバ６４、予熱酸素含有ガス管１６、酸素含有
ガス供給用ヘッダー３２及び酸素含有ガス通路Ｘ１を順
次通じて、セルＣ夫々の酸素含有ガス流路ｓに供給され
る。

【００５１】〔第２実施例〕以下、図５に基づいて、本
発明の第２実施例を説明する。発電室３０は、上記第１
実施例と同様に構成してある。但し、混合室４０とは別
体にて構成してある。直方体形状の箱状体Ｋ３を３枚の
隔壁体Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６にて横方向に四つに区画し、四
つの区画部分を、一方の端から順に、混合室ケーシング
４１、改質室ケーシング２１、燃焼室ケーシング５１、
予熱室ケーシング６１として夫々使用する。混合室４０
は、混合室ケーシング４１と、混合室ケーシング４１の
下部壁体に設けた原燃料ガス供給口４２と、原燃料ガス
供給口４２に連通接続したエジェクタ４３と、混合室ケ
ーシング４１の上部壁体に設けた箱状の排出チャンバ４
５と、一端部をエジェクタ４３に連通接続し他端部を排
出チャンバ４５に連通接続した混合拡散装置４４とから
構成してある。改質室２０は、上記第１実施例と同様に
構成してある。但し、混合室４０の排出チャンバ４５と
改質室２０の供給チャンバ２２とを連通接続し、混合室
４０にて生成した未改質混合ガスを改質室２０に供給す
るように構成してある。燃焼室５０及び酸素含有ガス予
熱室６０は上記第１実施例と同様に構成してある。

【００５２】隔壁体Ｗ５には、燃焼室ケーシング５１内
の燃焼ガスを改質室ケーシング２１内へ導入するための
燃焼ガス導入口２５を形成し、図示しないが、隔壁体Ｗ
５に隣接する改質室ケーシング２１の側壁体には、改質
室ケーシング２１内の燃焼ガスを外部に排出するための
燃焼ガス排出口２６を形成してある。又、隔壁体Ｗ６に
は、予熱室ケーシング６１内の排酸素含有ガスを燃焼室
ケーシング５１内へ導入するための排酸素含有ガス導入
口５３を形成してある。

【００５３】つまり、改質室２０及び酸素含有ガス予熱
室６０夫々を、燃焼室５０に隣接して設けてあり、混合
室４０を改質室２０に隣接して設けてある。又、それら
混合室４０、改質室２０、燃焼室５０及び酸素含有ガス
予熱室６０を、ガス処理ユニットＵとして一体化してあ
る。又、燃焼室５０及び改質室２０夫々における互いに
隣接する壁体を、互いに共有する共有壁体としての隔壁
体Ｗ５にて構成し、燃焼室５０と酸素含有ガス予熱室６
０夫々における互いに隣接する壁体を、互いに共有する
共有壁体としての隔壁体Ｗ６にて構成してある。又、混
合室４０及び改質室２０夫々における互いに隣接する壁
体を、互いに共有する共有壁体としての隔壁体Ｗ４にて
構成してある。従って、混合室ケーシング４１内部の高
温の排燃料ガスの保有熱量が、隔壁体Ｗ４を通じて改質
室２０に付与されて、改質室２０が加熱される。

【００５４】そして、ガス処理ユニットＵの上部に、発
電室３０を配置するとともに、発電室３０とガス処理ユ
ニットＵとを、以下のように配管接続してある。発電室
３０の発電室ケーシング３１と燃焼室５０の燃焼管５２
とを、排燃料ガス管１３にて連通接続し、発電室３０の
排酸素含有ガス排出用ヘッダー３３と酸素含有ガス予熱
室６０の予熱室ケーシング６１とを、排酸素含有ガス管
１４にて連通接続し、発電室３０の燃料ガス供給用ヘッ
ダー３４と改質室２０の排出チャンバ２３とを、燃料ガ
ス管１５にて連通接続し、発電室３０の酸素含有ガス供
給用ヘッダー３２と酸素含有ガス予熱室６０の排出チャ
ンバ６４とを予熱酸素含有ガス管１６にて連通接続して
ある。又、発電室３０の発電室ケーシング３１と混合室
４０の混合室ケーシング４１とを排燃料ガス管１８にて
連通接続してある。又、ガス処理ユニットＵにおいて、
混合室４０、改質室２０及び燃焼室５０を上述の如き相
対位置関係にて配置することにより、原燃料ガス供給口
４２を、混合室４０における、燃焼室５０から離れた位
置に設けてある。

【００５５】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。上記各実施例では、発電室３０に三つのセル集積体
ＮＣを上下方向に積み重ねて設けたが、発電室３０に設
けるセル集積体ＮＣの数は変更可能である。又、複数の
セル集積体ＮＣを上記各実施例の如く上下方向に積み重
ねた状態のものの複数を、発電室３０に設けても良い。

【００５６】上記各実施例では、隔壁体１１と前記
積層構造物の側面（燃料ガス流路ｆが開いた側面）との
間に、燃料ガス流路ｆ夫々に燃料ガスを供給する燃料ガ
ス通路Ｙ１を形成し、発電室ケーシング３１の内部を、
燃料ガス流路ｆ夫々から排燃料ガスを排出させる排燃料
ガス通路Ｙ２として使用する場合について例示したが、
これに代えて、隔壁体１１と前記積層構造物の側面（燃
料ガス流路ｆが開いた側面）との間に、排燃料ガス通路
Ｙ２を形成し、発電室ケーシング３１の内部を、燃料ガ
ス通路Ｙ１として使用しても良い。

【００５７】上記各実施例において、隔壁体１１を
設けた側面とは別の、燃料ガス流路ｆが開いた側面に
も、同様に隔壁体を設け、その隔壁体により、排燃料ガ
ス通路Ｙ２を形成しても良い。

【００５８】上記各実施例では、改質室２０、燃焼
室５０及び酸素含有ガス予熱室６０を、ガス処理ユニッ
トＵとして一体化する場合について例示したが、これに
代えて、改質室２０、燃焼室５０及び酸素含有ガス予熱
室６０夫々を別体にて形成し、改質室２０及び酸素含有
ガス予熱室６０夫々を、燃焼室５０に隣接して設けても
良い。

【００５９】改質室２０及び酸素含有ガス予熱室６
０夫々を、燃焼室５０に隣接して設け、且つ、混合室４
０を改質室２０に隣接して設ける場合の、混合室４０、
改質室２０、酸素含有ガス予熱室６０及び燃焼室５０の
配置形態は、上記各実施例の配置形態に限定されるもの
ではなく、図６の（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）夫
々にて示すように、各種の配置形態が可能である。

【００６０】セルＣの形状は種々変更可能である。
又、セル集積体ＮＣを形成するための積層構造も種々変
更可能である。

【００６１】上記各実施例では、導電性セパレータ
４を三層板状体の酸素極２に臨む側に付設してセルＣを
構成する場合について例示したが、これに代えて、導電
性セパレータ４を三層板状体の燃料極３に臨む側に付設
してセルＣを構成するとともに、上記各実施例と同様の
積層構造にてセル集積体ＮＣを構成しても良い。この場
合は、セル内流路ｘは燃料極３に臨むものであるので、
セル内流路ｘは燃料ガス流路ｆとして機能させる。一
方、セル間流路ｙは酸素極２に臨むものであるので、セ
ル間流路ｙは酸素含有ガス流路ｓとして機能させる。

【００６２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる燃料電池発電装置
の縦断側面図

【図２】第１実施例の燃料電池発電装置におけるセル集
積体の分解斜視図

【図３】第１実施例の燃料電池発電装置におけるセル集
積体の斜視図

【図４】第１実施例の燃料電池発電装置における発電室
の斜視図

【図５】本発明の第２実施例にかかる燃料電池発電装置
の縦断側面図

【図６】別実施例における混合室、改質室、酸素含有ガ
ス予熱室及び燃焼室の配置形態を説明する側面図

【符号の説明】

１３排燃料ガス管１４排酸素含有ガス管１５燃料ガス管１６予熱酸素含有ガス管２０改質室２１箱状体２４管状体３０発電室４０混合室４２原燃料ガス供給口５０燃焼室６０酸素含有ガス予熱室６２酸素含有ガス供給口ＣセルＵガス処理ユニットＷ２，Ｗ５共有壁体Ｗ３，Ｗ６共有壁体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】改質室（２０）から供給される燃料ガス
と、酸素含有ガス供給口（６２）から供給される酸素含
有ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池のセル
（Ｃ）を収容する発電室（３０）と、原燃料ガス供給口（４２）から供給される原燃料ガス
と、前記発電室（３０）から排出される排燃料ガスとを
混合して未改質混合ガスを生成する混合室（４０）と、前記発電室（３０）から排出される排燃料ガスと排酸素
含有ガスとを燃焼させる燃焼室（５０）とが設けられ、前記改質室（２０）が、前記混合室（４０）にて生成さ
れた未改質混合ガスを改質処理して、前記発電室（３
０）に供給するように構成された燃料電池発電装置であ
って、前記改質室（２０）が、前記燃焼室（５０）に隣接して
設けられている燃料電池発電装置。
【請求項２】前記酸素含有ガス供給口（６２）から供
給される酸素含有ガスを、前記発電室（３０）に供給さ
れる手前において、前記発電室（３０）から排出される
排酸素含有ガスとの熱交換により予熱する酸素含有ガス
予熱室（６０）が設けられ、その酸素含有ガス予熱室
（６０）が、前記燃焼室（５０）に隣接して設けられて
いる請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】前記改質室（２０）、前記燃焼室（５
０）及び前記酸素含有ガス予熱室（６０）が、ガス処理
ユニット（Ｕ）として一体化され、前記発電室（３０）と前記ガス処理ユニット（Ｕ）と
が、前記発電室（３０）からの排燃料ガスを前記燃焼室
（５０）に導入する排燃料ガス管（１３）、前記発電室
（３０）からの排酸素含有ガスを前記燃焼室（５０）に
導入する排酸素含有ガス管（１４）、前記改質室（２
０）からの燃料ガスを前記発電室（３０）に送出する燃
料ガス管（１５）、及び、前記酸素含有ガス予熱室（６
０）から予熱酸素含有ガスを前記発電室（３０）に送出
する予熱酸素含有ガス管（１６）にて接続されている請
求項２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】前記ガス処理ユニット（Ｕ）が、前記発
電室（３０）の下方に配置されている請求項３記載の燃
料電池発電装置。
【請求項５】前記燃焼室（５０）及び前記改質室（２
０）夫々における互いに隣接する壁体が、互いに共有す
る共有壁体（Ｗ２），（Ｗ５）にて構成され、前記燃焼
室（５０）と前記酸素含有ガス予熱室（６０）夫々にお
ける互いに隣接する壁体が、互いに共有する共有壁体
（Ｗ３），（Ｗ６）にて構成されている請求項２、３又
は４記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】前記混合室（４０）が、前記改質室（２
０）に隣接して設けられ、前記原燃料ガス供給口（４
２）が、前記混合室（４０）における、前記燃焼室（５
０）から離れた位置に設けられている請求項１、２、
３、４又は５記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】前記改質室（２０）は、改質触媒が充填
され且つ未改質混合ガスが通流する管状体（２４）の複
数が、前記燃焼室（５０）からの排燃料ガスと排酸素含
有ガスとの燃焼ガスが通流する箱状体（２１）に、その
燃焼ガスと接触する状態で設けられて構成されている請
求項１、２、３、４、５又は６記載の燃料電池発電装
置。